การทดสอบฉนวนของขดลวดมอเตอร์และการคายประจุบางส่วนสำหรับระบบขับเคลื่อน EV 800V

800สถาปัตยกรรม V EV กำลังเพิ่มเดิมพันสำหรับการทดสอบฉนวน

การเปลี่ยนแปลงจาก 400 วีถึง 800 สถาปัตยกรรม V EV — สาธิตโดย Porsche Taycan, ฮุนได ไอโอนิค 5 และ EV6, EV6 กันเถอะ, ออดี้ คิว 8 อี-ตรอน, และขณะนี้ได้แพร่กระจายไปยังรถยนต์ที่มีปริมาณการใช้งานทั่วไป — ได้เปลี่ยนฉนวนของขดลวดมอเตอร์จากการตรวจสอบการผลิตตามปกติเป็นกิจกรรมทางวิศวกรรมความน่าเชื่อถือที่สำคัญ. ที่ 400 วี, การปลดปล่อยบางส่วน (พีดี) ในฉนวนที่คดเคี้ยวเป็นข้อกังวลเล็กน้อยที่แสดงออกตลอดระยะเวลาหลายปีของการใช้งาน. ที่ 800 แรงดันไฟฟ้าวีบัส, ด้วยการสลับความถี่สูงจากอินเวอร์เตอร์ SiC ซึ่งสร้างแรงดันไฟกระชากสูงสุดที่ 1,600–2,000 V, การคายประจุบางส่วนอาจทำให้ฉนวนแบบเลี้ยวต่อเลี้ยวเสื่อมคุณภาพภายในเวลาหลายเดือนแทนที่จะเป็นหลายปี.

บทความนี้มุ่งเน้นไปที่ฉนวนเฉพาะและวิธีการทดสอบ PD ที่เกี่ยวข้องกับมอเตอร์ฉุดลากที่ทำงานในระบบขับเคลื่อน EV ไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งเป็นหัวข้อที่แตกต่างจากการทดสอบการผลิตมอเตอร์ทั่วไป และมักไม่ค่อยเข้าใจโดยวิศวกรที่ทำงานด้วยเป็นหลัก 230/400 วีเครื่องจักรอุตสาหกรรม.

การปลดปล่อยบางส่วนคืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ

การคายประจุบางส่วนเป็นเหตุการณ์การพังทลายของอิเล็กทริกเฉพาะที่ในระบบฉนวนซึ่งไม่ได้เชื่อมช่องว่างของอิเล็กโทรดในทันที แต่จะหยุดไม่ให้เกิดวาบไฟตามผิวโดยสมบูรณ์. ในการหมุนของมอเตอร์, โดยทั่วไป PD จะเริ่มต้นในช่องอากาศขนาดเล็กที่ติดอยู่ระหว่างขดลวดแม่เหล็กที่อยู่ติดกัน, ระหว่างฉนวนเลี้ยวและสารเคลือบเงา, หรือที่ซับสล็อตไปยังอินเตอร์เฟสทองแดง. งาน PD แต่ละงานมีขนาดเล็ก (พิโคคูลอมบ์ของการถ่ายโอนประจุ, นาโนวินาทีในระยะเวลา), แต่ผลสะสมของเหตุการณ์นับล้านต่อวินาทีที่ความถี่สวิตชิ่งสูงจะทำให้ฉนวนเสื่อมคุณภาพลงเนื่องจากการกัดเซาะของสารเคมีและการติดตามพื้นผิว.

เกณฑ์วิกฤตคือแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นการคายประจุบางส่วน (พีดีวี) — แรงดันไฟฟ้าที่ PD เกิดขึ้นครั้งแรก. สำหรับการออกแบบที่ดี 800 ขดลวดมอเตอร์ฉุด V, พีดีไอวี (วัดที่ขั้วมอเตอร์) จะต้องเกินแรงดันไฟกระชากของอินเวอร์เตอร์กรณีที่แย่ที่สุดที่เห็นในบริการอย่างสะดวกสบาย. ด้วยอินเวอร์เตอร์ SiC ที่ได้ค่า dV/dt ที่ 20–50 kV/µs และแอมพลิจูดเสียงเรียกเข้าที่ 1.5–2× แรงดันบัส DC, ก 800 ระบบ V เปิดเผยฉนวนของขดลวดเป็นประจำที่ 1,600–2,400 V ชั่วคราว.

มาตรฐานที่บังคับใช้และกรอบการทดสอบ

มาตรฐานสากลเบื้องต้นคือ:

• ไออีซี 60034-18-41: การทดสอบคุณสมบัติและการยอมรับสำหรับระบบฉนวนของมอเตอร์ภายใต้การทำงานที่ป้อนคอนเวอร์เตอร์ - กำหนดประเภท I (เทอร์โมพลาสติก) และแบบที่ 2 (เทอร์โมเซ็ต) วิธีการประเมินผล.
• ไออีซี 60034-18-42: การทดสอบคุณสมบัติระดับเครื่องจักรและการยอมรับสำหรับเครื่องจักรที่ป้อนคอนเวอร์เตอร์.
• ไออีซี 60270: วงจรการวัดมาตรฐานสำหรับการวัดการคายประจุบางส่วน (วิธีการอ้างอิง).
• ไออีซี 62539 / อีอีอี 930: คู่มือสำหรับการวิเคราะห์ทางสถิติของข้อมูลความทนทานของแรงดันไฟฟ้าของฉนวนไฟฟ้า.

รายการทดสอบหลัก

1. เอซี ฮิโปต์ / การทดสอบอิเล็กทริกที่มีศักยภาพสูง

การทดสอบการยอมรับขั้นพื้นฐาน — ใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดอย่างมากระหว่างขดลวดและเฟรมเป็นเวลาหนึ่งนาที. ตาม IEC 60034-1, โดยทั่วไปแล้วแรงดันทดสอบจะเป็นเช่นนั้น 2 × แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด + 1,000 วี (เอซี อาร์เอ็มเอส) หรือ 1.7 × สำหรับการทดสอบซ้ำหลังการบริการ. สำหรับ 800 ระบบวี, นี่แปลว่า 2,600 วี เอซี อาร์เอ็มเอส. การวัดผ่าน/ไม่ผ่าน — กระแสรั่วไหลใดๆ ที่เกินเกณฑ์ (โดยทั่วไป 10 mA AC หรือตามที่ระบุโดยมอเตอร์ OEM) บ่งบอกถึงความล้มเหลวของฉนวน.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: กระแสไฟรั่วเทียบกับ. เวลา; ถึงเวลาที่จะพัง (หากใช้โปรโตคอลการไล่ระดับ); ผ่าน/ไม่ผ่าน vs. เกณฑ์การออกแบบ.

2. การวัดแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นและการสูญเสียการคายประจุบางส่วน

การทดสอบจะจ่ายพลังงานให้กับขดลวดมอเตอร์ด้วยแรงดันไฟฟ้าแบบไซนูซอยด์หรือแบบขั้วเดียว (ตาม IEC 60034-18-41 ภาคผนวก ก), โดยเริ่มต้นต่ำกว่าค่า PDIV ที่คาดไว้ และเพิ่มขึ้นในอัตราที่ควบคุมได้. ตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งและตัวตรวจจับ PD (ปรับเทียบเป็นพิโคคูลอมบ์ตาม IEC 60270) ตรวจสอบการคดเคี้ยว. PDIV จะถูกบันทึกเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ประจุปรากฏเกินก่อน 10 พีซี (หรือเกณฑ์เฉพาะแอปพลิเคชัน). แรงดันไฟดับการคายประจุบางส่วน (พีดีอีวี) วัดบนทางลาดลง.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: พีดีวี (กิโลโวลต์พีค); พีดีอีวี (กิโลโวลต์พีค); ขนาดประจุปรากฏที่ 110% พีดีวี; ความแตกต่างระหว่าง PDIV และ PDEV (ฮิสเทรีซีส).

3. การทดสอบแรงกระตุ้นซ้ำๆ (การทดสอบไฟกระชาก)

ไออีซี 60034-18-41 ขั้นตอนประเภท I ใช้พัลส์แรงดันไฟฟ้าแบบยูนิโพลาร์ซ้ำๆ พร้อมควบคุมเวลาที่เพิ่มขึ้น (ระหว่าง 0.1 µs และ 2 µs) เพื่อจำลองเหตุการณ์การสลับอินเวอร์เตอร์. ขดลวดมอเตอร์ต้องได้รับแรงกระตุ้นนับล้านที่ระดับแรงดันไฟฟ้าซึ่งแสดงถึงการขัดขวางในการให้บริการที่แย่ที่สุด; กิจกรรม PD และอุณหภูมิการคดเคี้ยวได้รับการตรวจสอบตลอด. การทดสอบความทนทานที่อุณหภูมิสูง (โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิขดลวดที่กำหนด 20°C) และแรงดันไฟฟ้าสูง (110–130% ของแรงดันไฟฟ้าสไปค์ที่กำหนด) บีบอัดระยะเวลาการทดสอบโดยใช้ประโยชน์จาก Arrhenius และโมเดลการเร่งความเร็วกฎกำลังผกผัน.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: จำนวนแรงกระตุ้นต่อการเปลี่ยนแปลง PDIV ±10%; แนวโน้มความต้านทานของฉนวนที่คดเคี้ยว (ควรอยู่เหนือ 1 GΩ); การตรวจจับระยะสั้นแบบเลี้ยวต่อเลี้ยวผ่านการเปรียบเทียบการตอบสนองแบบอิมพัลส์.

4. ความต้านทานของฉนวน (และ) และดัชนีโพลาไรซ์ (พี)

สมัครได้ที่ 500 วีหรือ 1,000 วีดีซีสำหรับ 10 นาที. ไออาร์ได้ที่ 1 นาทีและ 10 นาทีจะถูกบันทึก; ดัชนีโพลาไรซ์ (พีไอ = IR₁₀/IR₁) บ่งบอกถึงสภาพของฉนวน. ปี่ด้านล่าง 1.0 บ่งบอกถึงการปนเปื้อนหรือความชื้น; ด้านล่าง 2.0 สมควรสอบสวนต่อไป. สำหรับมอเตอร์การผลิตใหม่, พีไอข้างบน 4.0 เป็นที่คาดหวัง.

5. การเสื่อมสภาพจากความร้อนและความทนทานต่อความชื้น

การทดสอบการตรวจสอบระดับฉนวนตาม IEC 60034-18-32 นำชิ้นงานที่คดเคี้ยวสัมผัสกับความร้อนรวม (155–180°C ขึ้นอยู่กับชั้นเรียน) และความชื้น (95% RH) ปั่นจักรยานในขณะที่วัดกิจกรรม PD ในช่วงเวลาปกติ. ความล้มเหลวหมายถึงการเพิ่มขนาด PD เกินกว่าปัจจัย 10 เท่าจากค่าเริ่มต้น, หรือ IR ลดลงด้านล่าง 100 MΩ.

การตั้งค่าม้านั่งทดสอบสำหรับการทดสอบฉนวนไฟฟ้าแรงสูง

หนึ่ง 800 ม้านั่งทดสอบฉนวนมอเตอร์ฉุด V จะต้องรองรับข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของ HV (เซลล์ทดสอบที่มีการหุ้มสายดิน, การเข้าถึงที่เชื่อมต่อกัน, ป้ายเตือน HV ตาม IEC 61010-1), ร่วมกับระบบอิเล็กทรอนิกส์การวัด PD ที่แม่นยำซึ่งมีภูมิคุ้มกันต่อ EMI บรอดแบนด์ที่สร้างโดยเหตุการณ์ PD ภายใต้การวัด. สายโคแอกเชียลหุ้มฉนวน, ห้องทดสอบที่ปราศจากคลื่นความถี่วิทยุ, และแอมพลิฟายเออร์ย่านความถี่แคบที่ปรับเป็นช่วง 40–1,000 kHz เป็นมาตรฐาน. หากโปรแกรม EV ของคุณต้องมีการทดสอบคุณสมบัติฉนวน 400 วีหรือ 800 มอเตอร์ลากวี, ทีมวิศวกรของเราสามารถรองรับ IEC ได้เต็มรูปแบบ 60034-18-41 โปรแกรมทดสอบประเภท. ติดต่อเรา เพื่อหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดคุณสมบัติฉนวนและข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้าทดสอบ.